專利名稱：電套管和制造電套管的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于穿過接地層的電流和/或電壓的套管，在該套管中 導體被絕緣體所包圍，該絕緣體通過注入和硬化纏繞在導體周圍的絕緣材 料形成。本發明還涉及一種制造套管的方法。根據本發明的套管例如被用 于變壓器，用于穿過變壓器箱壁將變壓器繞組連接到配電網。套管的其他 應用是應用于電纜終端和氣體絕緣設備。本發明還涉及一種制造套管的方法。
技術背景在套管領域中，主要的需求是在導體和周圍絕緣體之間進行密封，從 而不會在它們之間的邊界層上泄漏氣體或者液體，例如變壓器油。WO 00/55872公開了一種用于連接到變壓器箱壁的套管。根據該專利 的套管具有應用于導體15的絕緣體:17。該專利涉及將套管密封地連接到 變壓器外殼的裝置。絕緣體和導體之間的密封問題在該專利中沒有涉及。US 3,775,547公開了另 一種套管，其具有整合在絕緣體中用以將套管 連接到變壓器外殼的裝置。為了解決絕緣體和導體之間的密封問題，其提 出，通過向絕緣材料加入添加劑，試圖使得絕緣材料的熱膨脹系數適應于 導體的熱膨脹系數(第3欄第22行以及下列等等)。此處的絕緣體優選地 通過澆注并且接著硬化環氧材料進行制造并且其意在用于低電壓；例如， 該專利中提到了 7kV的電壓水平。在本發明涉及的更高電壓的情況下，該 解決泄漏問題的方法是不充分的。在用于更高電壓的套管中，也就是說，高于36kV并且達到發生的最 高系統電壓，800kV以及以上，因為絕緣體的尺寸增大，出現了難以獲得 滿意密封的困難，其中在溫度變化的情況下，由于通常由諸如鋁或銅或其 合金之類的金屬構成的導體材料的熱膨脹系數和絕緣體材料的熱膨脹系 數不同，其會導致絕緣體和導體之間產生滑動的問題。絕緣體和導體之間 的接觸會松動，這接著會導致氣體/液體出現不期望的泄漏。
通常在導體和絕緣體之間施加例如iM^橡膠形式的壓力釋放層。然而， 該層不能確保導體和絕緣體之間的密封，因此泄漏的問題依然存在。為了確保密封，公知的是為絕緣體端部的密封件，例如O形環形式的 密封件，設置槽。該密封措施制造復雜并且成本昂貴。發明內容本發明的一個方面在于提供一種在套管的絕緣體和導體之間實現有效 密封的套管。這可以由權利要求1的特征部分描述的裝置實現。在后面的從屬權利要求中描述了優選實施方式。通過本發明，實現了 具有整合的密封件的套管，該套管適于高達發生的最高系統電壓(800kV) 及以上的電壓，同時確保絕緣體和導體之間的氣體或者液體密封功能，在 溫度變化顯著的情況下也能確保該密封。本發明的另一個方面在于提出一種如權利要求14和后面的從屬權利 要求所述的制造套管的方法。優選實施方式"^兌明根據一個優選實施方式，套管的密封元件祐J殳計為環帶，在該環帶處 可壓縮器件包括面向導體的槽。所述槽的一個好處在于在導體和絕緣體的溫度變化的期間，它們將處于壓縮狀態下防止導體表面滑動，并且仍然保 持密封能力。根據一個優選實施方式，密封元件的可壓縮器件包括氣體填充腔。這 些腔提高了密封部件的彈性。根據一個優選實施方式，密封元件的可壓縮器件包括槽以及氣體填充腔。根據一個優選實施方式，密封元件祐 沒計為密封元件的幾何鎖閉，例 如其形式為鎖槽。該密封元件可替代地在朝向套管中心的方向上具有漸增 厚度的橫截面用于形成這種鎖閉。根據另一個優選實施方式，密封元件設置在絕緣體的外端并且具有朝 向該端的唇緣(lip)，在制造過程中該唇緣用作彈性墊片用以移除導體和
絕緣體外端之間的力。密封元件由橡膠或者類似橡膠的材料構成，所述材料具有對氣體或者液體的耐化學腐蝕性。在非壓縮狀態，密封元件優選地具有0.5至10毫米 的最大厚度，10到100毫米的寬度，以及20到300毫米的內徑，所述直 徑略小于電導體的外徑。根據一個優選實施方式，本發明所述的套管設計用于36kV的最低系 統電壓，可替代J4^ 170kV直到出現的800kV及以上的最高系統電壓， 這意味著為此要確定絕緣體的尺寸。根據一個實施方式，除了絕緣材料之外，絕緣體還包括場控制器件， 例如形式為場控制襯套(field - controlling lining)的場控制器件。根據一個優選實施方式，根據本發明的套管設置在變壓器中并且構成 其與電力線電連接的一部分，從而接地層由變壓器箱的壁構成。套管還設 置于氣體絕緣設備中，從而接地層由絕緣氣體周圍的外殼構成。可替代地， 套管構成部分電纜終端，從而接地層由電纜段中的接地殼構成。根據本發明第二方面，提出了一種制造用于穿過接地層的電流和/或電 壓的套管的方法。這通過權利要求14的特征部分所述的方法實現。根據優選方法，由橡膠或者類似橡膠的材料構成的密封元件通過使包 括槽的可壓縮器件變形使其與導體接觸而被壓縮。根據優選方法，密封元件通過使其包括腔的可壓縮器件變形而被壓縮。根據優選方法，密封元件通過使槽以及氣體填充腔變形而被壓縮。根據優選方法，在硬化處理之后，通過機加工例如在機床上車使套管 獲得最終形狀。根據優選方法，朝向絕緣體外端的密封元件的端部形成有唇緣，在絕 緣體的機加工過程中，所述唇*暴露或者被移除。根據優選方法，例如場控制襯套形式的場控制器件繞在絕緣材料之間 的絕緣體中。才艮據優選方法，壓力調整(pressure - equalizing )層應用于部分導體 和絕緣體之間。
才艮據優選方法，該制造工藝適用于36kV的最4氐系統電壓，可替代地 從170kV直到目前出現的800kV及以上的最高系統電壓的套管制造。現在參照附圖對本發明進行描述，其中圖l顯示了根據本發明的套管的截面；圖2詳細顯示了套管外端處的密封元件的截面；圖2a詳細顯示了具有鎖槽的密封元件的截面；圖2b詳細顯示了具有可壓縮氣體腔的一段密封元件；圖3詳細顯示了一段密封元件；圖4示意性地顯示了設置在變壓器的變壓器箱中的套管。 附圖標記1套管2接地層3絕緣體4電導體密封部件6密封元件73槽7b氣體填充腔8固定元件9絕緣體的外端10唇緣11場控制襯套1213鎖'#


14 變壓器15 變壓器繞組16 電力線17 變壓器箱18 絕緣體具體實施方式
圖1顯示了用于穿過接地層2的電流和/或電壓的套管1。接地層可以 是例如變壓器箱的構成部分，具有固定元件8的套管可密封地附接于(通 過適當的方式，未示出)該變壓器箱上。套管1包括環繞中間的電導體4大致旋轉對稱的絕緣體3。該導體通 常用金屬材料制成，例如鋁或銅或其合金，但是也可以包括其他導電材料。套管具有密封部件5,以實現導體和絕緣體3之間的氣體/液體密封。 絕緣體通過下述方式形成以公知的方式將絕緣材料(例如絕緣紙)纏繞 在導體上，然后向其灌注硬化材料例如環氧樹脂。通過硬化處理，絕緣體 以所謂的RIP (樹脂浸漬紙(Resin Impregnated Paper ))體的形式呈現為 固體形狀。例如^L橡膠形式的壓力釋放層12可應用于導體和絕緣體之間 的邊界層各部分之間的導體上。然而，該層不能確保密封功能但是具有壓 力釋放功能。根據本發明，密封部件5包括至少一個具有可壓縮器件的密封元件6， 該密封元件被設置在絕緣體3和導體4之間的導體上，在所述硬化處理中， 對于該密封元件，由外部設置的絕緣體3實現壓縮狀態，然后該密封元件 在導體4和絕緣體3之間形成與絕緣體整合的氣體/液體密封。由適于該目 的的品質的橡膠材料或者類似橡膠材料構成的密封元件被塑形為環帶。為 了使密封元件實現永久性的壓縮狀態，密封元件具備可壓縮器件。根據本 發明的一個實施方式，可壓縮器件包括面向導體的槽7a，所述槽在壓縮過 程中變形。根據本發明的另一個實施方式，密封元件6的可壓縮器件包括 在壓縮過程中被壓縮和變形的氣體填充腔7b。這些通過使槽7a和氣體填 充腔7b變形使密封元件產生永久性壓縮的方法的結合可能處于本發明的 范圍之內。 根據本發明，密封部件5包拾沒置在導體4的一部分軸向長度上的至 少一個具有可壓縮器件的密封元件6。優選地，密封元件可以設置在絕緣 體的兩端。可替代地，密封元件6可以設置在絕緣體的端部之間或者設置 在端部處以及端部中間。圖2詳細顯示了套管1的外端處的密封元件6的截面。此處，密封元 件6形成為在朝向套管1的中心L的方向上具有漸增厚度的橫截面，并且 在絕緣體中形成相應的空隙。這i味著當從套管中心朝向外端的氣體或者 液體的過壓在密封件上導致朝向其外端的軸向壓力時，實現了密封元件的 幾何鎖閉。另外，圖2顯示了密封元件6具有朝向絕緣體外端的唇緣10。該唇緣 作為柔性墊片用于釋放導體3和絕緣體外端9之間的力。12標示壓力釋放 層。圖2a顯示了密封元件6的截面，其中借助于鎖槽13實現了與絕緣體 相抵的幾何鎖閉。鎖槽13在圖中呈波浪形。此處，可壓縮器件包括槽7a。圖2b顯示了與圖2a類似的密封元件6的截面，其中可壓縮器件包括 氣體填充腔7b以及槽7a。圖3顯示了一段密封元件6的截面，其中在非壓縮狀態下，密封元件 展示出的最大厚度t為0.5到10毫米之間，寬度b為10到100毫米之間， 以及內徑d為20到300毫米之間，所述直徑略小于電導體的外徑D(圖1 )。圖2和3中的密封元件6也可以設置如圖2b所示的氣體填充腔7b。優選地，套管設計用于從36kV，可替代地從170kV的最低系統電壓， 直到出現的最高系統電壓，即800kV以及以上。在這些應用中，除了絕緣 材料之外，絕緣體3還適于包括場控制器件，例如其形式為圖2中示意性 示出的場控制襯套。在圖4中，根據本發明的套管1被顯示為設置在變壓器14中并且構成 變壓器繞組15和電力線(force line) 16之間的電連接的一部分。此處， 接地層2由變壓器箱17的壁構成。18標示連接到套管的絕緣體。可替代地，套管可與氣體絕緣設備(未示出) 一起設置，其中接地層 2由絕緣氣體周圍的外殼構成。在套管構成電纜終端(未示出)的一部分的情況下，接地層2的形式
為連接到電纜終端的電纜段中的接地殼。當密封元件6如上所述位于絕緣體外端時，優選地密封元件附接到絕 緣體的每個外端。可替代地，密封元件可中心定位。在該情況下，密封元 件優選地不形成唇緣6。本發明還涉及上述用于穿過接地層2的電流和/或電壓的套管的制造方法。套管因此包括圍繞中心的電導體4大致旋轉對稱的絕緣體3,在導體4 和絕緣體3之間具有用于氣體/液體密封的密封部件5。該絕緣體3使用公 知技術形成，從而例如絕緣紙形式的絕緣材料纏繞在導體上(或者纏繞在 可能應用在其上的壓力釋放層上)。此后，向絕緣體灌注硬化材料，如環 氧樹脂，因此通過硬化處理，該材料變為固態形狀。在該處理過程中，出 現了絕緣材料的收縮，即所謂的硬化收縮(hardening shrinkage),該收縮 使得絕緣體變得附著到導體的包絡面并且對其進行密封。在用于更高電壓和電流的套管中:，套管必須相應地確定尺寸，其意味 著這些套管呈現較大的尺寸。依次地，由此可見，沿絕緣體和導體的軸向 長度的接觸表面變得相當大，例如1 - 2米。因為導體材料和絕緣材料二者的溫度膨脹系數各不相同，所以作為溫 度變化的結果，在邊界層上將出現剪力，這意味著在導體和絕緣材料之間 無法維持密封，這會導致其間的氣體/液體泄漏。根據制造本發明套管的方法，可壓縮彈性密封元件6形式的密封部件 5在纏繞在絕緣材料上之前被應用于導體4。施加絕緣材料使其至少大致覆 蓋密封元件6，從而在接下來的制造過程中，永久的和大致徑向的壓縮力 從周圍的絕緣體3施加到密封元件上，借此處于壓縮狀態的密封元件6用 作導體4和絕緣體3之間的氣體/液體密封件。密封元件6由橡膠或者類似橡膠的材料制造，并且為了使壓縮永久， 重要的是要給該材料變形的空間。因為密封元件具有例如槽7a之類的可壓 縮器件，該可壓縮器件在壓縮過程中彈性變形，因此在這些槽之間提供了 膨脹空間。可替代地，密封元件6的可壓縮器件包括可被壓縮的空氣腔或者氣體 填充腔。
可替代地，密封元件6的可壓縮器件包括槽7a以及空氣腔或者氣體填 充腔7b。在硬化處理之后，通過機加工該絕緣體，例如通過在車床上將絕緣體 車為期望的形狀，套管可獲得最終形狀。當密封元件設置在絕緣體的外端9處時，優選地，其形成有唇緣IO， 當絕緣材料纏繞在其上時，允許唇緣完全或部分覆蓋該端。在絕緣體3的 機加工過程中，唇g暴露或者可替代地被移除。通過這種方法，避免了 絕緣體外端9處;Wfe應力集中。在套管被設計用于高電壓時，通常需要場控制器件，例如其形式為場 控制襯套ll,該襯套以公知的方式繞在絕緣材料之間的絕緣體3中。優選地，該制造工藝適用于36kV的最低系統電壓，可替代地從170kV 直到目前出現的800kV及以上最高系統電壓的套管制造，但是根據本發明 其也適用于較低電壓的套管制造。
權利要求
1.一種用于穿過接地層(2)的電流和/或電壓的套管(1)，其包括環繞中心的電導體(4)大致旋轉對稱的絕緣體(3)，所述套管在導體和絕緣體之間具有用于氣體/液體密封的密封部件(5)，所述絕緣體(3)通過在導體上纏繞絕緣材料如絕緣紙然后灌注硬化材料如環氧樹脂并且通過硬化處理轉變為固體形狀而形成，其特征在于所述密封部件(5)包括至少一個具有可壓縮器件的密封元件(6)，其設置在絕緣體(3)和導體(4)之間的導體(4)的部分軸向長度上，在所述硬化處理過程中通過外部設置的絕緣體使所述密封元件處于壓縮狀態，然后所述密封元件在導體(4)和絕緣體(3)之間形成與絕緣體整合的氣體/液體密封。
2.如權利要求l所述的套管，其特征在于密封元件(6)的可壓 縮器件包括形成在環帶上的槽(7a)，所述槽(7a)垂直于面向所述槽 的導體的軸向設置。
3.如權利要求l所述的套管，其特征在于密封元件(6)的可壓 縮器件包括氣體填充腔(7b)。
4.如權利要求2或3所述的套管，其特征在于密封元件(6)的 可壓縮器件包括槽(7a)以及氣體填充腔(7b)。
5.如權利要求l-4所述的套管，其特征在于密封元件(6)形 成有在朝向套管中心(￡)的方向上具有漸增厚度的橫截面，以實現密 封元件的幾何鎖閉。
6.如權利要求l-5所述的套管，其特征在于密封元件(6)設 置在絕緣體的外端(9)處并設有朝向該端的唇緣(10)，在制造過程中 該唇緣作為用于釋放導體(3 )和絕緣體外端(9 )之間的力的彈性墊片。
7.如權利要求1-6所述的套管，其特征在于密封元件(6)包 括橡膠或者類似橡膠的材料。
8.如權利要求l-7所述的套管，其特征在于處于非壓縮狀態的 密封元件具有0.5至10毫米的最大厚度(t), 10到100毫米的寬度(b )， 以及20到300毫米的內徑(d)，所述直徑略小于導體的外徑(D)。
9.如權利要求1-8所述的套管，其特征在于套管(l)設計用 于36kV的最低系統電壓，可替代地從170kV直到出現的800kV及以 上的最高系統電壓。
10.如權利要求l-9所述的套管，其特征在于除了絕緣材料之 外，絕緣體(3)還包括場控制器件，例如場控制襯套形式的場控制器 件。
11.如權利要求1-IO所述的套管，其特征在于套管(l)設置 在變壓器中并且構成其與電力線的電連接的一部分，從而接地層(2) 優選地由變壓器箱的壁構成。
12.如權利要求1-IO所述的套管，其特征在于套管(l)與氣 體絕緣設備一起設置，從而接地層(2)由絕緣氣體周圍的外殼構成。
13.如權利要求l-10所述的套管，其特征在于套管(l)構成 電纜終端的一部分，從而接地層(2)由電纜段中的接地殼構成。
14. 一種制造根據上述權利要求的用于穿過接地層(2)的電流和/ 或電壓的套管(1)的方法，所述套管包括環繞中心的電導體(4)大致 旋轉對稱的絕緣體(3)，所述套管在導體(4)和絕緣體(3)之間具有 用于氣體/液體密封的密封部件(5)，所述絕緣體(3)通過在導體上纏 繞絕緣材料如絕緣紙然后向所述絕緣材料(3)灌注硬化材料如環氧樹 脂并且通過硬化處理如硬化收縮轉變為固體形狀而形成，其特征在于 包括至少一個具有可壓縮器件的密封元件(6)的所述密封部件(5)在 纏繞絕緣材料之前被施加到絕緣體(3 )和導體(4 )之間的導體(4 ) 的部分軸向長度上，施加所述材料使其覆蓋密封元件(6)，然后在接下 來制造過程期間通過周圍的絕緣體(3)利用密封元件的可壓縮器件使 永久的和大致徑向的壓縮力施加到密封元件(6)上，從而處于壓縮狀 態的密封元件(6)作為導體(4)和絕緣體(3)之間的氣體/液體密封 件。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于由橡膠或者類似橡 膠的材料構成的密封元件(6)通過使包括槽(7a)的可壓縮器件變形 使其與導體(4)接觸而被壓縮。
16.如權利要求14所述的方法，其特征在于由橡膠或者類似橡 膠的材料構成的密封元件(6)通過使其包含被壓縮的腔(7b)的可壓 縮器件變形而被壓縮。
17.如權利要求15-16所述的方法，其特征在于密封元件(6) 通過槽(7a)以及氣體填充腔(7b)的變形而被壓縮。
18.如權利要求14-17所述的方法，其特征在于在硬化處理之 后，通過機加工例如在車床上車使套管(1)獲得最終形狀。
19.如權利要求14-17所述的方法，其中朝向絕緣體外端(9)的 密封元件(6)的端部形成有唇緣(10)，其特征在于在絕緣體(3) 的機加工過程中，所述唇緣(10)被暴露，可替代地被移除。
20.如權利要求14-19所述的方法，其特征在于場控制器件， 例如場控制襯套形式的場控制器件，繞在絕緣材料之間的絕緣體(3)中。
21. 如權利要求14-20所述的方法，其特征在于壓力調整層(12) 應用于部分導體和絕緣體之間。
22. 如權利要求14-21所述的方法，其特征在于該制造工藝適 用于36kV的最低系統電壓，可替代地從170kV直到目前出現的800kV 及以上的最高系統電壓的套管制造。
全文摘要
一種用于穿過接地層(2)的電流和/或電壓的套管(1)，其包括環繞中心的電導體(4)大致旋轉對稱的絕緣體(3)。套管具有用于在導體和所謂的RIP(樹脂浸漬紙)體形式的絕緣體之間形成氣體/液體密封的密封部件(5)。根據本發明，套管具有在導體和絕緣體之間形成氣體/液體密封并與絕緣體整合的可壓縮密封元件(6)。本發明還涉及制造套管的方法。優選地，該套管適于從36kV直到800kV及以上的較高電壓。優選地，套管可與變壓器一起使用，還可與電纜終端一起使用。
文檔編號H01BGK101111907SQ200580037593
公開日2008年1月23日 申請日期2005年11月1日 優先權日2004年11月1日
發明者彼得·舍貝里, 羅伯特·斯塔爾 申請人:Abb技術有限公司